芳纶复合材料的界面粘结

为改善芳纶纤维增强树脂基复合材料中界面粘结强度,本研究用Mctowo.Takayanagi——化学处理法,对芳纶1414纤维进行表面处理.并依据红外光谱分析(IR),元素分析(E.A.),XPS能谱分析等近似估价芳纶1414纤维表面导入约88mol%接技率的E-51环氧化合物.用单纤维拉拔实验法直接测定芳纶1414纤维/环氧树脂基体体系的界面剪切强度.实验结果表明,芳纶1414纤维经表面环氧接技化处理后,可较明显地提高界面剪切强度而对纤维拉伸强度的降低较小.树脂基体性能对界面剪切强度的影响较显著.通过电子显微镜(SEM)观察被拔出纤维及树脂孔穴的破坏形貌,解析界面破坏机理.     

UHMW-PE纤维增强环氧基复合材料界面研究

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)纤维经过低温氧等离子体处理后,与环氧树脂基体的界面粘结性能明显改善.本文通过单纤维拔出实验、XPS、SEM、接触角测算等研究了表面改性的作用机理.对影响界面粘结的作用力进行了定量分析,揭示了表面刻蚀坑引起的界面机械铰链力,以及由多种含氧极性基团引起的化学键力和界面非极性分子色散力,它们分别对界面粘结强度的贡献,及其随等离子体处理参数的变化关系.      

常压空气等离子体对连续纤维的在线改性

采用常压空气介质阻挡放电(DBD)等离子体技术,分别对PBO、Armos和Twaron 3种高性能连续纤维进行了在线改性处理。使用X-射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、单丝拉伸强度(SFTS)和层间剪切强度(ILSS)等手段对比分析了纤维化学组成、物理形貌与粗糙度、拉伸性能以及纤维增强复合材料界面粘结性能的变化。结果表明:DBD改性后3种纤维表面的氧、氮元素含量以及粗糙程度均增加,其增强的复合材料ILSS分别提高了18.6%,10.2%和24.8%。但是3种纤维的表面氧、氮含量增加程度以及受刻蚀程度却有显著的差异。这可能与纤维的分子构成和耐热性能有一定的关系,综合影响了DBD对复合材料界面粘结性能的改善。同时,在纤维表面及其复合材料界面性能明显改善的等离子体处理条件下,纤维的SFTS没有明显的下降。     

UHMW—PE纤维增强氧基复合材料界面研究

超高分子量聚乙烯纤维经过低温氧等离子体处理后，与环氧树脂基体的界面粘结性能明显改善。本文通过单纤维拔出实验，ＸＰＳ，ＳＥＭ，接触角测算研究了表面改性的作用机理。对影响界面粘结的作用力进行了定量分析，提示了表面刻蚀坑引起的界面机械铰链力，以及由多种含氧极性基团引起的化学键力和界面非极性分子色散力，它们分别对界面粘结强度的贡献，及其随等离子体处理参数的变化关系。     

人造草丝纤维与水泥砂浆粘结性能的研究

用自行设计的模具制样,并进行人造草丝纤维的拔出实验,考察了养护时间,埋长及纤维截面对纤维拔出力以及界面粘结强度的影响。结果表明,纤维与水泥的粘结强度,随着养护时间的增大而增大,在第3d以后基本趋向一极值;粘结强度随着埋长的增大略有下降;单片丝与水泥的粘结强度最大,单丝次之,加筋丝最小。提出一种溶胀法表面接枝丙烯酸的方法,改善人造草丝纤维与水泥间的粘结性能,并分析比较了化学接枝和物理溶胀对粘结强度的影响程度。     

磷酸/聚合物复合改善氯氧镁水泥耐水性能与机理的研究

在磷酸、聚合物单一改性的基础上,采用磷酸与苯丙乳液、硅丙乳液分别对氯氧镁水泥进行复合耐水性能改性实验。结果表明,磷酸能够提高氯氧镁水泥体系的耐水性能,但对水泥有明显的缓凝作用;苯丙、硅丙等高分子聚合物乳液对氯氧镁水泥的耐水性能没有明显的改性效果;磷酸能够促进聚合物膜在水化产物表面的粘附与覆盖,形成复合耐水保护层,适量的苯丙或硅丙乳液与磷酸复合,对氯氧镁水泥耐水性改性效果远好于单掺磷酸或聚合物,且克服了磷酸缓凝和早期强度大幅下降的缺陷。     

BFRP筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结性能试验

为研究玄武岩纤维增强聚合物复合材料(Basalt fiber reinforced polymer,BFRP)筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土的粘结性能，对共90个粘结试件进行中心拉拔试验，研究了筋材表面形貌、混凝土强度等级等因素对粘结性能的影响。试验结果表明：对筋材表面进行喷砂、缠绕纤维和螺纹处理能显著提高粘结性能，深螺纹环氧树脂BFRP筋与65 MPa低碱度硫铝酸盐水泥混凝土的粘结强度高达39.09 MPa，远大于光滑BFRP筋的13.32 MPa。强度等级对BFRP筋-低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结试件的粘结强度的影响更明显，此外BFRP筋与低碱度硫铝酸盐水泥混凝土粘结性能高于普通硅酸盐混凝土。最后，通过Cosenza-ManfrediRealfonzo(CMR)模型和修正后的Bertero-Popov-Eligehausen(mBPE)模型)对BFRP筋-混凝土粘结试件的粘结滑移(τ-s)曲线进行拟合，发现CMR模型对粘结滑移曲线的上升段拟合效果较好，清晰准确地反映了其粘结-滑移本构关系，为研究BFRP筋增强硫铝酸盐水泥混凝土结构的力学性能提供了关键理论依据。     

EVA乳液对磷酸镁水泥性能的影响研究

选择原材料是改善磷酸镁水泥性能的重要方法,为扩大磷酸镁水泥的应用范围,对EVA乳液改性磷酸镁水泥进行研究,结果表明,EVA乳液的掺加对磷酸镁水泥的凝结时间与流动性影响小;磷酸镁水泥的抗压与抗折强度均随着EVA乳液掺量的增大,表现出先提高后降低的趋势,但存在不同的适宜掺量;EVA乳液显著增大磷酸镁水泥的粘结强度与断裂能;微观分析表明EVA乳液不改变磷酸镁水泥水化产物类型,但改变水化反应速度,影响水化产物形貌,其中MgNH4PO4·6H2O主要以柱状存在,并且结构更加致密。     

硅烷偶联剂对玻璃织物/水泥复合材料界面行为的影响

本文通过织物抽拔试验和抽拔试验后残留在水泥基体中的纤维表面形貌扫描电镜照片分析,研究了在玻璃纤维织物表面涂覆硅烷偶联剂或涂蜡,对它增强的水泥基复合材料界面行为的影响.实验结果表明:在玻璃纤维织物表面涂覆硅烷偶联剂有利于它与水泥基体间的界面粘结,改善它们间的界面行为,在玻璃纤维织物表面涂蜡则不利于它与水泥基体间的界面粘结.     

氯盐干湿环境下TRC与老混凝土的界面特性研究

采用双面剪切的加载方式研究了氯盐干湿循环对纤维编织网增强混凝土(Textile reinforced concrete,TRC)与普通硅酸盐混凝土界面性能的影响,并通过SEM(Scanning electron microscope)技术探究了氯盐干湿循环作用下界面的微观结构。研究发现:氯盐干湿循环下,TRC与老混凝土界面微观结构会损伤劣化;与连续氯盐浸泡相比,氯盐干湿循环对界面粘结性能的影响较大;相同干湿循环次数下,加固界面的粘结强度随着氯盐溶液浓度的增加而降低;相同氯盐溶液浓度下,加固界面的粘结强度随着循环次数的增加而降低。     

过氧化物的引发作用对玻璃纤维增强聚丙烯界面结合的影响

采用过氧化物溶液涂覆玻璃纤维,将处理过的玻璃纤维丙烯复合,采用单丝临界长度法测定了复合体系的界面剪切强度,研究了过氧化物的引发作用对玻璃纤维／聚丙烯复合体系界面结合的影响,探索了复合工艺条件对体系界面结合的影响,并考察了所形成界面的耐水性能,结果表明,涂覆于玻纤表面的过氧化物在复合过程中能引发聚丙烯与玻璃纤维表面含双键的偶联剂反应,在纤维与基体之间形成较界面结合,过氧化物的这种引发作用对界面的耐水     

Effect of interfacial adhesion and statistical fiber strength on tensile strength of unidirectional glass fiber/epoxy composites. Part I: experiment results

The effects of fiber surface treatment on ultimate tensile strength (UTS) of unidirectional (UD) epoxy resin matrix composites are examined experimentally. The interfacial shear strength (IFSS) and statistical fiber strength are significantly altered by five different kinds of surface treatments, which are: (a) unsized and untreated; (b) γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane (γ-GPS); (c) γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane (γ-MPS); (d) mixture of γ-aminoxypropyltrimethoxysilane (γ-APS), film former (urethane) and lubricant (paraffin); and (e) urethane-sized. The maximum UTS is obtained for the relatively strong interfacial adhesion (glass/γ-MPS/epoxy) but not for the strongest interfacial adhesion (glass/γ-GPS/epoxy). The governing micro-damage mode around a broken fiber and the interface region is matrix cracking for γ-GPS treated fibers, and a combination of interfacial debonding and matrix cracking for γ-MPS treated fibers. The micro-damage mode related to the interfacial adhesion strongly affects the fracture process, and thus the UTS of UD composites. The results also indicate that the interfacial adhesion can be optimized for effective utilization of fiber strength for fiber composites. A parameter called “efficiency ratio” of fiber strength in UD composites is proposed to examine and distinguish different effects of IFSS and fiber strength on the UTS of UD composites. The experimental results show that improved UTS of UD composites due to surface treatments mainly result from the increase in fiber strength but not from the modified interface.     

界面柔性层对玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料力学性能的影响

通过橡胶分子链在玻璃纤维表面的接枝,在玻璃纤维毡增强聚丙烯复合体系中引入了界面柔性层,研究了柔性层的种类及厚度对复合体系界面结合及力学性能的影响,结果表明,采用容易与玻璃纤维表面形成化学键等牢固结合与基体树脂有一定相容性的橡胶分子链作为界面柔性层,可以获得高强度,高抗冲的玻璃纤维毡增强聚丙烯复合材料,柔性层的厚度对复合体系的力学性能有很大的影响,超过一定的厚度后,随着柔性层的增厚,玻璃纤维增强聚丙烯复合材料的力学性能呈下降的趋势。     

云母和纤维组合增强聚丙烯复合材料Ⅰ.力学性能研究

以云母填充聚丙烯为基体,连续无规玻璃纤维毡为增强材料,通过双钢带压机制成了云母填充ＧＭＴ（Ｇｌａｓｓ Ｍａｔ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ）．研究了云母的加入对 ＧＭＴ力学性能的影响,结果表明,少量云母的加入,使ＧＭＴ的力学性能发生明显变化,强度和刚性显著提高,云母和纤维表现出正的组合效应;随着云母填充量增加,ＧＭＴ的强度和模量下降,云母与纤维的组合表现出负效应,云母对ＧＭＴ力学性能的影响主要与云母的加入引起的玻璃纤维与聚丙烯基体之间的界面结合有关,少量云母的加入使玻璃纤维与基体的界面结合强度提高,而大量云母的加入则造成纤维与基体界面结合强度下降,向基体中添加马来酸酐接枝聚丙烯（ＭＰＰ）,能有效改善在云母含量较高情况下纤维与基体的界面结合状况,使高填充云母ＧＭＴ表现出优良的力学性能　还研究了云母粒径对云母填充ＧＭＴ力学性能的影响,     

玻璃纤维增强HDPE的性能及界面研究

通过扫描电镜观察、红外光谱分析及材料力学性能试验等方法考察了不同界面粘结形式下玻璃纤维增强HDPE的力学性能及其与界面粘结性的关系。结果表明,复合过程中加入的界面反应性试剂及其与HDPE接枝而形成的接枝物可与玻纤表面及其硅烷发生化学作用或交(?),从而显著提高复合材料的界面粘结强度及其力学性能。     

高强玻纤增强ABS复合材料的制备及性能

以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)及玻璃纤维(GF)为原料,以苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMA)和环氧树脂(E-poxyresin)作为界面相容剂,研究了界面相容剂对玻璃纤维增强ABS复合材料力学性能及界面粘接的影响。结果表明,加入SMA或环氧树脂,玻纤增强ABS复合材料的力学性能明显提高;SMA与环氧树脂复配有明显的协同效果,同时加入SMA和环氧树脂后的复合材料的性能更加优越,界面粘接性能得到很大的改善,在玻纤加入量为30%时,其拉伸强度、弯曲强度、冲击强度较未添加界面相容剂时分别提高了44%、29%、100%。     

Correlation of fiber pull-out strength and interfacial vibration damping techniques by micromechanical analysis

Adhesion between fiber and matrix in fiber-reinforced polymer composites plays an important role both in controlling mechanical properties and in the overall performance of composites. This suggests that analytical and experimental methods to characterize the interface can be used to predict the mechanical performance of the material. To this end, vibration damping techniques have been used as a non-destructive method to evaluate interfacial effects on composites. According to the theory of energy dissipation, the quality of the interfacial adhesion can be evaluated upon separating the predicted internal energy dissipation associated with perfect adhesion from the measured internal energy dissipation of a composite system; this enables the quantification of interfacial adhesion. A micromechanics-based model for evaluating the adhesion between fiber and matrix from the damping characteristic of a cantilever beam was developed that shows an inverse relationship between the damping contributed by the interface and its adhesion strength. A simple optical system was used to measure the damping factor of unidirectional fiber-reinforced-polymer composites. Cantilever beam specimens containing either a single glass fiber or three types of single metallic wires embedded in an epoxy resin matrix were tested. A correlation was found between the measured interfacial adhesion strength directly from microbond pull-out tests and the micromechanics-based calculations from vibration damping experiments.     

The effect of molecular weight on the interfacial properties of GF/PP injection molded composites

It is well established that the molecular weight of recycled PP decreases significantly as compared to the virgin material. Hence this study involved 2 PP grades of different molecular weights in order to simulate the recycling process. The effect of weight–average molecular weight on interfacial adhesion between GF and PP was investigated. Tensile test was done and the fiber length distribution around the fracture zone in both composites was compared with the distributions from similar locations of unstressed composites. The effect of PP-grafted maleic anhydride coupling agent was also studied. It was found that a decrease in weight–average molecular weight of PP improved interfacial adhesive strength between GF/PP. The lower molecular weight matrix has a lower viscosity that enables its molecules to penetrate easily into the silane interphase. In that case, the interfacial area that is available for coupling is higher, leading to a more effective coupling. The higher interfacial shear strength between the glass fiber and the lower molecular weight matrix induced more breakage of the glass fiber during tensile test.     

玻璃纤维增强高密度聚乙烯基体结晶形态研究

本文采用偏光显微、小角光散射、WAXD、DSC和动态力学分析等方法考察了玻纤含量、界面粘结性及试样成型冷却速率对玻纤增强HDPE基体结晶的影响。结果表明,复合材料成型冷却过程中,由于玻纤、树脂间热收缩性质的不同而引起的界面应力可对玻纤周围基体树脂的结晶产生应变诱导作用,促使玻纤表面串晶或微纤晶晶体的形成。     

界面应力对玻纤增强HDPE 基体伸展链晶体的诱导作用

本文采用SEM、SAL S、DSC 和材料力学性能实验等方法考察了界面粘结性、玻纤含量和试样熔体成型冷却速率等与其GF/ HDPE 复合材料基体晶态结构及材料力学性能间关系。实验结果表明: 在界面相存有较牢固的化学偶联作用条件下, 其材料试样熔体成型冷却过程中所产生的界面应力可应变诱导玻纤周围基体树脂伸展链晶体结构的形成, 并由此而明显改善了复合材料的拉伸、弯曲强度及其缺口冲击韧性。